Zurab Shermadini, Roustem Khasanov, Matthias Elender et Alex Amato du PSI ont étudié la conception d'une cellule de pression piston-cylindre à double paroi spécialement conçue pour les expériences de rotation du spin du muon (μSR).

La première étape consistait à fabriquer les cylindres intérieur et extérieur d'une cellule de pression à double paroi en cuivre béryllium (CuBe), un alliage commun utilisé pour les cellules de pression μSR. Ce matériau a des contributions de faible bruit de fond bien définies au signal μSR qui sont presque indépendantes de la température et donc favorables à une utilisation dans les études μSR à basse température. Les caractéristiques mécaniques ont ensuite été analysées à l'aide du logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) ANSYS qui a permis d'optimiser les dimensions de la cellule pour essayer d'atteindre la pression la plus élevée possible tout en assurant la sécurité des expériences.

Un prototype a été construit qui a permis une pression d'environ 18 kbar, en accord avec les simulations ANSYS, mais après une troisième pression consécutive, le cylindre extérieur s'est cassé à mesure que les contraintes s'accumulaient à l'intérieur.

Pour améliorer la conception, un deuxième prototype a été construit en utilisant un autre alliage non magnétique couramment utilisé pour les cellules de pression μSR :MP35N. Ce matériau a été utilisé pour le cylindre extérieur au lieu du CuBe. Les tests ont révélé que des pressions d'environ 2,6 GPa pouvaient être atteintes sans aucun dommage irréversible de la cellule. Heureusement, comme les muons s'arrêtent principalement dans le cylindre interne de CuBe pendant les expériences, il y avait toujours un faible signal SR malgré le changement de matériau du cylindre externe.

Les travaux ont maintenant été publiés dans le Journal of High Pressure Research et les utilisateurs de μSR ont désormais accès à une cellule à piston pour les techniques de μSR qui atteint des pressions 1,5 fois plus élevées qu'auparavant.